Корпус турбореактивного двигателя и турбореактивный двигатель, содержащий такие корпуса
Корпус турбореактивного двигателя выполнен с возможностью установки в нем множества лопаток и содержит средства крепления конца каждой лопатки, расположенные на стороне корпуса, противоположной лопаткам. Средства крепления содержат кольцевой элемент, проходящий вокруг корпуса, а корпус содержит отверстия, через которые проходят концы лопаток для их взаимодействия со средствами крепления. Корпус выполнен из длинных волокон, связанных термопластической смолой. Кольцевой элемент получен посредством пултрузии и пропитан термопластической смолой, свариваемой с термопластической смолой корпуса, причем весь узел соединен посредством горячего прессования. Другое изобретение группы относится к турбореактивному двигателю, содержащему указанный выше корпус и множество лопаток, каждая из которых имеет конец, соединенный с корпусом. Группа изобретений позволяет упростить изготовление и сборку корпуса турбореактивного двигателя. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к корпусу турбореактивного двигателя, выполненному с возможностью установки в нем множества лопаток, а также к турбореактивному двигателю, содержащему такие корпуса.
Уровень техники
Известны кольцевые корпуса, содержащие средства крепления, предназначенные для взаимодействия с концами лопатки.
Были предложены разные средства крепления. Например, в документе US 2009/0317246 предложены концы, содержащие цилиндрическую площадку, образующую участок наружного корпуса и имеющую две крепежные боковины, что предполагает изготовление сложных форм. В документе US 2009/0317246 предложено соединять лопатки между собой при помощи круглого кольца, прежде чем устанавливать весь полученный таким образом узел в корпус. Это решение является сложным в применении и требует наличия специального сборочного инструмента.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения состоит в создании простого в изготовлении и легкого в установке корпуса турбореактивного двигателя.
Поставленная задача решена в корпусе турбореактивного двигателя, выполненном с возможностью установки в нем множества лопаток и содержащем средства крепления конца каждой лопатки на корпусе, при этом средства крепления расположены на стороне корпуса, противоположной лопаткам, и содержат кольцевой элемент, проходящий вокруг корпуса, причем корпус содержит отверстия, через которые проходят концы лопаток для их взаимодействия со средствами крепления. Согласно изобретению корпус выполнен из длинных волокон, связанных термопластической смолой, а кольцевой элемент получен посредством пултрузии и пропитан термопластической смолой, свариваемой с термопластической смолой корпуса, при этом весь узел соединен посредством горячего прессования.
Такая конструкция позволяет получать легкий в изготовлении и простой в установке корпус. При этом узел имеет прочное сцепление.
Предпочтительно кольцевой элемент содержит, по меньшей мере, одну периферическую направляющую, в которую заходят концы элементов крепления концов лопаток.
Кольцевой элемент может содержать периферический уголок, на котором непосредственно закреплены концы лопаток.
Объектом изобретения является также турбореактивный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один корпус в соответствии с изобретением и множество лопаток, каждая из которых имеет конец, соединенный с корпусом.
Предпочтительно в этом турбореактивном двигателе каждая из лопаток содержит:
- удлиненный моноблочный передний участок, вырезанный из пултрудированного профиля, содержащего связанные смолой волокна, и образующий переднюю кромку;
- удлиненный моноблочный задний участок, вырезанный из пултрудированного профиля, содержащего связанные смолой волокна, и образующий заднюю кромку;
- центральный участок (4), образующий сердцевину, проходящую между передней кромкой (2) и задней кромкой (3);
- внешний слой, вырезанный из пропитанной смолой волокнистой ткани, расположенный таким образом, чтобы перекрывать боковые стороны сердцевины, и перекрывающий, по меньшей мере, зоны передней кромки и задней кромки, смежные с центральным участком;
при этом, по меньшей мере, передняя кромка или задняя кромка имеют продолжения, которые выступают из сердцевины, по меньшей мере, с одной стороны лопатки и выполнены с возможностью установки на них средств крепления лопатки, взаимодействующих со средствами крепления конца каждой лопатки на корпусе турбореактивного двигателя.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания частных вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показана лопатка, предназначенная для крепления на корпусе в соответствии с изобретением, вид сверху;
на фиг. 2 показана лопатка, изображенная на фиг. 1, при этом закрывающий сердцевину лопатки внешний слой частично снят, вид в перспективе;
на фиг. 3 показан первый вариант крепления лопатки на корпусе, вид в перспективе;
на фиг. 4 показан второй вариант крепления лопатки на корпусе, вид в перспективе.
Осуществление изобретения
Лопатка 1, показанная на фиг. 1 и 2, является лопаткой спрямляющего аппарата, предназначенной для установки за вентилятором турбореактивного двигателя. Лопатка 1 содержит переднюю кромку 2, выполненную в данном случае в виде моноблочной удлиненной структуры. Кроме того, лопатка 1 содержит заднюю кромку 3, которая тоже выполнена в виде моноблочной удлиненной структуры.
Передняя кромка 2 и задняя кромка 3 вырезаны из профилей, полученных посредством пултрузии, предпочтительно с размещением косых волокон (так называемый процесс "pullbraiding"). Профили содержат волокна, например углеродные волокна, в основном расположенные вдоль продольной оси для получения удлиненного тела. В идеале, по существу 80% волокон расположены вдоль продольной оси X передней кромки и оси Y задней кромки, и 20% волокон расположены с наклоном примерно в 60 градусов относительно продольной оси. Эти количества и расположение волокон представлены в качестве примера. В данном случае волокна пропитаны термопластической смолой.
Между передней кромкой 2 и задней кромкой 3 расположена сердцевина 4. Внешний слой 5, в данном случае состоящий из двух полотен 5А, 5В, вырезанных из волокнистой ткани, предварительно пропитанной термопластической смолой, расположен с двух сторон от сердцевины 4, перекрывая эту сердцевину, а также зоны передней кромки 2 и задней кромки 3, смежные с сердцевиной 4.
Стороны сердцевины 4, не покрытые полотнами 5А, 5В и образующие свободные концы сердцевины 4, в данном случае защищены и усилены при помощи смеси 22 коротких волокон и смолы, заполняющих полость, образованную полотнами 5А, 5В и свободным краем сердцевины 4. Передняя кромка 2 и задняя кромка 3 имеют продолжения 10, 11, 12, 13, которые выступают из сердцевины 4 с каждой стороны лопатки 1.
Соединение различных компонентов лопатки 1 между собой осуществляют посредством горячего прессования, чтобы получить единое целое. Этот тип соединения придает высокую прочность всей лопатке 1.
Наконец, в продолжениях 10, 11, 12, 13 выполняют отверстия 14, 15, 16, 17, чтобы преобразовать эти продолжения в средства крепления лопатки 1, предназначенные для взаимодействия с соответствующими средствами крепления, расположенными на корпусе турбореактивного двигателя, что будет подробнее описано ниже со ссылками на фиг. 3 и На фиг. 3 представлен первый вариант крепления лопатки 1 на кольцевом корпусе 20 турбореактивного двигателя. (В данном случае показан наружный корпус турбореактивного двигателя, выполненный из длинных волокон, пропитанных термопластической смолой). Корпус 20 содержит отверстия 26 для прохождения через корпус 20 продолжений 10, 12 передней кромки 2 и задней кромки 3. Отверстия 26 показаны достаточно протяженными, чтобы пропускать продолжения передней и задней кромок через одно и то же отверстие. Однако в варианте можно выполнить отверстия из двух частей, то есть переднее отверстие и заднее отверстие для пропускания соответственно передней кромки и задней кромок.
Корпус 20 оборудован средствами крепления передних кромок, которые содержат периферическую направляющую 21, проходящую вокруг корпуса на его стороне, противоположной лопатке. Направляющая 21 образует гнездо, выполненное с возможностью захождения в него головок 24 элементов 23 крепления, имеющих общую форму Т или L. Один из этих элементов показан на фигуре.
Элемент 23 крепления содержит конец 25, противоположный головке 24, который вырезан таким образом, чтобы в него заходило продолжение 10 передней кромки. Соединение между элементом 23 крепления и продолжением 10 осуществляют при помощи шплинта. Для этого конец 25 содержит не видное на фигуре отверстие, расположенное напротив отверстия 14 продолжения 10 передней кромки 2 и предназначенное для прохождения крепежного шплинта 27.
Крепление продолжения 12 задней кромки 3 осуществляют аналогично при помощи второй направляющей 21′, в которую вставляют второй элемент 23′ крепления для взаимодействия с продолжением 12 задней кромки 3, и весь узел скрепляют шплинтом 27′.
Согласно предпочтительному варианту осуществления направляющие 21, 21′ и элементы 23, 23′ крепления выполняют посредством пултрузии и пропитывают термопластической смолой, что позволяет получить узел в виде единого целого в ходе единственной операции горячего прессования на корпусе 20.
На фиг. 3 показана только половина лопатки 1. В данном случае не показанные концевые участки 11, 13 закреплены на внутреннем корпусе так же, как описано выше. Однако если лопатка не несет в себе конструктивной функции, ее можно закрепить только на одном из корпусов.
На фиг. 4 показан второй вариант крепления лопатки 1 на корпусе 20 турбореактивного двигателя. В данном случае средства крепления включают в себя периферический уголок 30, проходящий вокруг корпуса. Уголок 30 расположен на противоположной стороне корпуса 20 по отношению к лопатке 1. Корпус 20 содержит проходные отверстия 26, позволяющие продолжениям передней и задней кромок лопатки проходить через корпус 20, чтобы оказаться напротив уголка 30.
Предпочтительно уголок 30 выполняют посредством пултрузии и пропитывают термопластической смолой.
Уголок 30 имеет L-образное сечение, первая сторона 28 которого закреплена на корпусе 20 посредством горячего прессования, а вторая сторона 29 закреплена на продолжении 10 при помощи шплинта. Для этого в стороне 29 уголка 30 просверливают отверстие, расположенное напротив отверстия 114, выполненного в продолжении 10 передней кромки. Следует отметить, что отверстие 114 сверлят перпендикулярно к отверстию 14 предыдущего варианта осуществления. Следует также отметить, что продолжение 10 подвергают механической обработке, чтобы получить отшлифованную сторону, опирающуюся на находящуюся напротив сторону полки 29.
Как и в предыдущем примере, различные элементы корпуса соединяют между собой посредством горячего прессования.
Кроме того, не показанные продолжения 11, 12, 13 передней кромки 2 и задней кромки 3 крепят точно так же на аналогичном уголке.
Операцию крепления лопатки 1 на уголке 30 повторяют столько раз, сколько лопаток необходимо установить.
Следует отметить, что, кроме своей роли крепления лопаток через их продолжения передней кромки или задней кромки, направляющие и уголки способствуют также повышению жесткости корпуса турбореактивного двигателя.
Разумеется, изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления, и специалист может вносить в него свои версии не выходя за рамки правовой защиты, определенные формулой изобретения.
В частности, материалы, используемые для изготовления различных элементов 2, 3, 4, 5 лопатки 1, и средств крепления 21, 23, 27 могут быть как композиционными материалами, так и металлическими материалами или комбинацией этих материалов.
Точно так же усиления 22, показанные на фиг. 2, закрывающие свободные концы сердцевины 4, можно заменить или дополнить загибанием внешнего слоя полотна или полотен 5А, 5В. В этом случае размер полотен 5А, 5В необходимо подогнать таким образом, чтобы получить загиб, закрывающий свободный конец сердцевины.
Точно так же средства крепления, расположенные на корпусе, и средства крепления передней и задней кромок могут быть соединены между собой в ходе операций горячего прессования, сварки, склеивания или с использованием пар винт/гайка или любого другого решения, обеспечивающего скрепление этих элементов между собой.
Кроме того, лопатки могут иметь структуру, отличающуюся от описанной, например моноблочную структуру.
Наконец, хотя на фиг. 3 и 4 предложены идентичные средства крепления для каждого из продолжений 10, 11, 12, 13 передней кромки 2 и задней кромки 3 согласно двум разным вариантам осуществления, вместе с тем не выходя за рамки изобретения можно предусмотреть крепление каждого продолжения на корпусе 20 независимо при помощи одного или другого из средств крепления.
Хотя представленные в данном примере средства крепления содержат кольцевой элемент в виде периферической направляющей или уголка, проходящих вокруг корпуса, можно предусмотреть и другие средства крепления, такие как крепежные лапки, на которых крепят концы лопаток после их прохождения через корпус.
1. Корпус турбореактивного двигателя, выполненный с возможностью установки в нем множества лопаток и содержащий средства (21, 30) крепления конца каждой лопатки на корпусе, при этом средства крепления расположены на стороне корпуса, противоположной лопаткам, и содержат кольцевой элемент (21, 30), проходящий вокруг корпуса, при этом корпус содержит отверстия (26), через которые проходят концы лопаток для их взаимодействия со средствами крепления, отличающийся тем, что он выполнен из длинных волокон, связанных термопластической смолой, при этом кольцевой элемент (21, 30) получен посредством пултрузии и пропитан термопластической смолой, свариваемой с термопластической смолой корпуса, причем весь узел соединен посредством горячего прессования.
2. Корпус по п.1, отличающийся тем, что кольцевой элемент содержит, по меньшей мере, одну периферическую направляющую (21), в которую заходят концы (24) элементов (23) крепления концов лопаток.
3. Корпус по п.1, отличающийся тем, что кольцевой элемент содержит периферический уголок (30), на котором непосредственно закреплены концы лопаток.
4. Турбореактивный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один корпус по одному из пп.1-3 и множество лопаток, каждая из которых имеет конец, соединенный с корпусом.
5. Турбореактивный двигатель по п.4, отличающийся тем, что каждая из лопаток содержит удлиненный моноблочный передний участок (2), вырезанный из пултрудированного профиля, содержащего связанные смолой волокна, и образующий переднюю кромку, удлиненный моноблочный задний участок (3), вырезанный из пултрудированного профиля, содержащего связанные смолой волокна, и образующий заднюю кромку, центральный участок (4), образующий сердцевину, проходящую между передней кромкой (2) и задней кромкой (3), внешний слой (5), вырезанный из пропитанной смолой волокнистой ткани, расположенный так, чтобы перекрывать боковые стороны сердцевины (4), и перекрывающий, по меньшей мере, зоны (6, 7) передней кромки (2) и задней кромки (3), смежные с центральным участком (4), при этом, по меньшей мере, передняя кромка (2) или задняя кромка (3) имеет продолжения (10, 11, 12, 13), выступающие из сердцевины (4), по меньшей мере, с одной стороны лопатки (1) и выполненные с возможностью установки на них средств (14, 15, 16, 17) крепления лопатки (1), взаимодействующих со средствами (21) крепления конца каждой лопатки на корпусе турбореактивного двигателя.
